JP6869765B2 - Plasma processing equipment and plasma processing method - Google Patents

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Description

本発明は、真空容器内部の処理室内に配置された半導体ウエハ等の基板状の試料が処理室内に形成したプラズマにより処理されるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に係り、異なる組成を有した複数種類の処理用のガスを切り替えて処理室内に供給して形成したプラズマを用いて試料を処理するプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。 The present invention relates to a plasma processing apparatus and a plasma processing method in which a substrate-like sample such as a semiconductor wafer arranged in a processing chamber inside a vacuum vessel is processed by plasma formed in the processing chamber, and a plurality of types having different compositions. The present invention relates to a plasma processing apparatus and a plasma processing method for processing a sample using the plasma formed by switching the processing gas of the above and supplying it into the processing chamber.

近年の半導体素子は微細化により、エッチングの精度はnmオーダーからÅオーダーへと移りつつある。当該Åオーダーでのエッチング処理の制御は重要な課題である。 Due to the miniaturization of semiconductor devices in recent years, the etching accuracy is shifting from the nm order to the Å order. Controlling the etching process on the order of Å is an important issue.

一般にエッチング工程においてエッチングの制御性を向上させるためには、連続放電時のエッチングに寄与するステップ時間を短くすることによって、制御性の向上を図る必要がある。本来の連続放電時の課題としては再現性や機差が問題となっていた。 Generally, in order to improve the controllability of etching in the etching process, it is necessary to improve the controllability by shortening the step time that contributes to etching during continuous discharge. Reproducibility and machine differences have been problems as issues during the original continuous discharge.

従来のプラズマ処理装置は、これらの連続放電時の課題である再現性や機差を抑制するために、異なるステップ間の放電継続におけるステップ移行時に異なるエッチングガスが混在することによる影響にたいして不活性ガスを用いた移行ステップを用いて抑制していた。このような従来技術としては、特開2007−287924号公報(特許文献1)に記載されたものが知られていた。 In the conventional plasma processing apparatus, in order to suppress the reproducibility and the machine difference which are the problems at the time of continuous discharge, the inert gas is affected by the influence of different etching gases being mixed at the time of step transition in the continuation of discharge between different steps. It was suppressed by using the transition step using. As such a prior art, those described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-287924 (Patent Document 1) have been known.

本従来技術は、真空処理室内にプラズマを形成して行う複数の処理ステップを用いて当該処理室内に配置された試料を処理するものであって、各々で圧力や処理用ガスの種類等が条件が異なる処理ステップの間にプラズマの放電が継続可能な不活性ガス、例えばArガスを供給する移行ステップを配置する技術が開示されている。さらに、本従来技術では移行ステップにおいては、当初真空処理室内の圧力を前の処理ステップのものに合わせた後、後の処理ステップの圧力に滑らかに変化させるものが開示されている
また、特開2008−91651号公報(特許文献2)に記載されたように、処理室へ供給される処理用ガスの供給用のガスラインに接続され分岐して処理室用の排気ポンプへ排気するガスラインとを備え、バルブの動作によりこれらのガスラインへの処理用ガスの通流を切り換えて処理室内への処理用ガスの供給を調節するものが知られていた。
In the present prior art, a sample arranged in the processing chamber is processed by using a plurality of processing steps performed by forming plasma in the vacuum processing chamber, and the pressure, the type of processing gas, and the like are conditions for each. Disclosed is a technique for arranging a transition step of supplying an inert gas, eg Ar gas, capable of continuing to discharge the plasma between different processing steps. Further, in the present prior art, in the transition step, there is disclosed that the pressure in the vacuum processing chamber is initially adjusted to that of the previous processing step and then smoothly changed to the pressure of the subsequent processing step. As described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-91651 (Patent Document 2), a gas line connected to a gas line for supplying a processing gas supplied to the processing chamber, branched, and exhausted to an exhaust pump for the processing chamber. It has been known that the flow of the processing gas to these gas lines is switched by the operation of the valve to adjust the supply of the processing gas to the processing chamber.

特開2007−287924号公報JP-A-2007-287924 特開2008−91651号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-91651

上記従来技術は、次の点について考慮が不十分であったため問題が生じていた。 The above-mentioned prior art has a problem because the following points are not sufficiently considered.

すなわち、上記の特許文献1は、不活性ガスを用いる移行ステップの開始に際して、1つのマスフローコントローラーで前の処理ステップにおける圧力に合わせるように不活性ガスの流量を調節した後、当該マスフローコントローラーで流量変更を行い次のステップの圧力条件に合わせることを行っていた。その際に1つのマスフローコントローラーで流量変更を行うため、その流量変更とその後の配管内部の圧力制定時間に時間が必要となることから、移行ステップの短時間化が課題であった。 That is, in Patent Document 1, at the start of the transition step using the inert gas, one mass flow controller adjusts the flow rate of the inert gas so as to match the pressure in the previous processing step, and then the mass flow controller adjusts the flow rate. We made changes to match the pressure conditions of the next step. At that time, since the flow rate is changed by one mass flow controller, it takes time to change the flow rate and to establish the pressure inside the pipe after that, so shortening the transition step has been an issue.

また、実プロセスステップにおいても、同流量、同ガス種のマスフローコントローラーを流量変更で使用する場合、切り替え時間が流量変更時間に律速されるという課題があった。加えて切り替えを行うためには、同流量、同ガス種のマスフローコントローラーを2つ用意することになり、それによる制作コストアップとそのマスフローコントローラーの実装スペースの確保が課題であった。 Further, even in the actual process step, when a mass flow controller having the same flow rate and the same gas type is used for changing the flow rate, there is a problem that the switching time is controlled by the flow rate change time. In addition, in order to switch, it was necessary to prepare two mass flow controllers with the same flow rate and the same gas type, and it was an issue to increase the production cost and secure the mounting space for the mass flow controller.

また、従来技術はガス流量やガス圧力を再現性よく高速かつスムーズにガスラインを処理室導入用のガスラインとドライポンプへ排気する為のガスラインを有し、それをバルブで切り換える処理用ガスの高速制御をおこなってきたが、これはガス供給ユニット内で、切り替えを行うため複数のガス種を使用する場合には、一度ドライポンプへ排気するためのガスラインでガスを混合した状態から処理室導入用のガスラインへ切り替えた際に、再度ガスを混合するため、その際に圧力変動が起こりその制定に時間がかかるという課題があった。 In addition, the conventional technology has a gas line for introducing a processing chamber and a gas line for exhausting the gas line to a dry pump with good reproducibility of gas flow rate and gas pressure at high speed and smoothly, and the processing gas is switched by a valve. In the gas supply unit, when multiple gas types are used for switching, the gas is processed from the state where the gas is mixed once in the gas line for exhausting to the dry pump. When switching to the gas line for room introduction, the gas is mixed again, so there is a problem that pressure fluctuation occurs at that time and it takes time to establish it.

また、バルブ開閉時の応答性バラつき0.1sを抑えるために、先にドライポンプで排気する側のガスラインバルブしめる方法があるが、バルブの開閉速度はソレノイドバルブとバルブをつなぐ、エアチューブの長さと太さに依存し、実際の装置実装条件では長いもので、0.2s近くかかるものもあるうえ、従来技術では、バルブ開閉時間装置システムの通信時間を考慮しておらず、その通信時間は0.1s〜0.2s程の指示遅れバラつきがあった。このため、その分のマージンを考慮すると0.5s以上前にバルブを閉めなくてはならず、その際の集積ブロック内での圧力上昇が引き起こす圧力変動が課題となっていた。 In addition, in order to suppress the responsiveness variation 0.1s when opening and closing the valve, there is a method of first closing the gas line valve on the exhaust side with the dry pump, but the opening and closing speed of the valve is the opening and closing speed of the solenoid valve and the air tube that connects the valve. It depends on the length and thickness, and it is long under the actual device mounting conditions, and in some cases it takes nearly 0.2 s. In addition, the conventional technology does not consider the communication time of the valve opening / closing time device system, and the communication time is long. There was an instruction delay variation of about 0.1 s to 0.2 s. Therefore, considering the margin for that amount, the valve must be closed 0.5 s or more before, and the pressure fluctuation caused by the pressure rise in the integrated block at that time has been a problem.

また、0.5s以上前にバルブ閉める場合、事前に次に流すガスのマスフローコントローラーの立上時間1sとそのガスラインの圧力制定時間に1s程度必要となっていた。このため、切り替え前の2.5s以上前にガスを流し始める必要があり、2s以下の短時間切り替えを実現するための課題となっていた。 Further, when the valve is closed 0.5 s or more before, about 1 s is required for the rise time of the mass flow controller of the gas to be flowed next and the pressure establishment time of the gas line in advance. Therefore, it is necessary to start flowing the gas 2.5 s or more before the switching, which has been a problem for realizing a short-time switching of 2 s or less.

また、バルブの開閉時間の問題を解決するために、ソレノイドバルブを直接バルブに実装するタイプの高速切り替え用のバルブを用いれば、15ms程度で切り替え可能であるが、ソレノイドバルブを直接バルブに実装する分のガス供給ユニット内の占有スペースが大きくなることに加え、それに伴うバルブ一つあたりのコスト上昇が課題となっていた。 Further, in order to solve the problem of valve opening / closing time, if a valve for high-speed switching of a type in which the solenoid valve is directly mounted on the valve is used, switching can be performed in about 15 ms, but the solenoid valve is mounted directly on the valve. In addition to increasing the space occupied in the gas supply unit, the cost increase per valve has been an issue.

また、従来技術においてはガス供給ユニットからのチャンバまでの処理室導入用ガスラインの配管内の流量が定常状態になるまでの応答性向上のために、その配管長を短くする必要があった。そのガス供給ユニット本体をチャンバに近づけることにより行ってきたが、装置の中でも比較的体積の大きいガス供給ユニット本体をチャンバに近づけるには空間的な制約が大きく、実装の為1m程度の配管長が必要になるという課題があった。 Further, in the prior art, it is necessary to shorten the pipe length in order to improve the responsiveness until the flow rate in the pipe of the gas line for introducing the processing chamber from the gas supply unit to the chamber becomes a steady state. This was done by bringing the gas supply unit body closer to the chamber, but there are large space restrictions to bring the gas supply unit body, which has a relatively large volume, closer to the chamber, and the pipe length is about 1 m for mounting. There was a problem that it was necessary.

また、従来技術としては処理用ガスの高速制御を行う際に、ガス切り替えで高速制御する処理用ガス流量とそれに付随するチャンバ圧力以外の制御パラメータの再現性および機差が問題となっていた。このような制御のパラメータとしては、プラズマ生成用のマイクロ波電力のマッチング、コイル電流、ウエハバイアスのマッチングがある。また、ステップ時間内には各制御パラメータの過渡応答時間があり、その部分は制御できないため再現性の悪化や機差を生む要因となる。 Further, as a conventional technique, when performing high-speed control of a processing gas, there has been a problem of reproducibility and machine error of control parameters other than the processing gas flow rate controlled at high speed by gas switching and the associated chamber pressure. Such control parameters include microwave power matching for plasma generation, coil current, and wafer bias matching. In addition, there is a transient response time for each control parameter within the step time, and since that part cannot be controlled, it causes deterioration in reproducibility and a factor that causes a difference.

マイクロ波電力の整合時間は、従来技術では、最大で0.2s、コイル電流の安定時間は最大で2s、ウエハバイアスのマッチングは0.5sと考えられる。一方で、処理用ガスの高速制御によりステップ時間を短時間化するとその過渡応答時間の全体に占める割合が増大することになる。この過渡応答時間での処理が処理結果に及ぼす影響は調節が困難であり、結果として処理の歩留まりが低下してしまうという問題が生じていた。さらに、このような過渡応答の期間での処理の再現性が低く装置毎の差(機差)が大きくなるという問題があった。このような問題点について上記従来技術では考慮されていなかった。 In the prior art, the matching time of microwave power is considered to be 0.2 s at maximum, the stabilization time of coil current is 2 s at maximum, and the matching of wafer bias is 0.5 s at maximum. On the other hand, if the step time is shortened by high-speed control of the processing gas, the ratio of the transient response time to the whole increases. It is difficult to adjust the influence of the processing in this transient response time on the processing result, and as a result, there is a problem that the processing yield is lowered. Further, there is a problem that the reproducibility of processing during such a transient response period is low and the difference (machine difference) between devices becomes large. Such a problem has not been taken into consideration in the above-mentioned prior art.

本発明の目的は、処理の歩留まりを向上させたプラズマ処理装置またはプラズマ処理方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus or plasma processing method with improved processing yield.

上記目的は、真空容器内部に配置された処理室内に所定の流量の処理用ガスをガス供給ユニットを通して供給し、前記処理室内に配置された試料台上に載置されたウエハを、各々異なる条件で供給された前記処理用ガスを用いて処理室内にプラズマを形成する複数の処理ステップを含む工程で処理するプラズマ処理装置または方法であって、前記工程が、前記前後の2つの処理ステップの間において前記処理室内に希ガスが供給される移行ステップであって、前記希ガスがその圧力を前記前の処理ステップで用いられる前記処理用ガスの条件と等しくなるように調節されて供給される当該第1の移行ステップと、当該第1の移行ステップの後に前記希ガスがその圧力と流量とを前記後の処理ステップで用いられる前記処理用ガスの条件と等しくなるように調節されて供給される第2の移行ステップとを含む移行ステップを備え、前記ガス供給ユニットは、前記真空容器と連結されたガス導入ラインと、このガス導入ラインと連通された前記複数の処理ステップにおいて用いられる前記処理用ガスを供給する第1のガス供給ライン及び前記第1及び第2の移行ステップ各々で用いられる前記希ガスが供給される第2及び第3のガス用供給ラインと、第1、第2、第3のガス供給ラインの各々に接続され且つ排気ポンプと連通された第1及び第2の捨てガスラインと、これら第1、第2、第3のガス供給ラインと前記ガス導入ライン及び第1及び第2の捨てガスラインの各々との間の連通を開閉する少なくとも1つのバルブとを備え、前記工程の2つの処理ステップとこれらの間の第1及び第2の移行ステップに応じて前記バルブが切り替えられて前記ウエハを処理することにより達成される。
The above purpose is to supply a predetermined flow rate of processing gas to a processing chamber arranged inside a vacuum vessel through a gas supply unit, and to provide wafers placed on a sample table arranged in the processing chamber under different conditions. A plasma treatment apparatus or method for processing in a step including a plurality of treatment steps for forming plasma in a treatment chamber using the treatment gas supplied in the above step, wherein the step is between the two treatment steps before and after the treatment. In the transition step in which the rare gas is supplied into the treatment chamber, the rare gas is supplied after adjusting its pressure so as to be equal to the conditions of the treatment gas used in the previous treatment step. After the first transition step and the first transition step, the rare gas is supplied with its pressure and flow rate adjusted to be equal to the conditions of the processing gas used in the subsequent processing step. The gas supply unit includes a transition step including a second transition step, and the gas supply unit is used for the gas introduction line connected to the vacuum vessel and the processing steps used in the plurality of processing steps communicated with the gas introduction line. A first gas supply line for supplying gas, a second and third gas supply lines for which the rare gas used in each of the first and second transition steps is supplied, and a first, second, and second gas supply line. The first and second waste gas lines connected to each of the three gas supply lines and communicated with the exhaust pump, the first, second and third gas supply lines, the gas introduction line and the first and first It comprises at least one valve that opens and closes communication with each of the second waste gas lines, the valve depending on the two processing steps of the step and the first and second transition steps between them. This is achieved by switching and processing the wafer.

本発明によれば、短時間ステップ時における課題であるプロセス性能の再現性悪化や機差を低減することができ、短時間ステップを実現することが出来る。 According to the present invention, it is possible to reduce the deterioration of reproducibility of process performance and the machine error, which are problems in the short-time step, and it is possible to realize the short-time step.

本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を示す模式的に示す縦断面図である。It is a vertical cross-sectional view schematically showing the outline of the structure of the plasma processing apparatus which concerns on embodiment of this invention. 図1に示す実施例が備えるマッチング回路の構成の概略を模式的に示すブロック図である。It is a block diagram schematically showing the outline of the structure of the matching circuit provided in the Example shown in FIG. 1. 図1に示す実施例が実施するエッチング処理の複数の工程の各々における条件の一部を示した表である。It is a table which showed a part of the condition in each of the plurality of steps of the etching process carried out by the Example shown in FIG. 図3に示す工程の動作の流れを示すグラフである。It is a graph which shows the flow of operation of the process shown in FIG. 図1の実施例に係るプラズマ処理装置が実施する処理ステップAにおけるガスの流れを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the gas flow in the processing step A carried out by the plasma processing apparatus which concerns on Example of FIG. 図1の実施例に係るプラズマ処理装置が実施する移行ステップ1におけるガスの流れを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the gas flow in the transition step 1 carried out by the plasma processing apparatus which concerns on Example of FIG. 図1の実施例に係るプラズマ処理装置が実施する移行ステップ2におけるガスの流れを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the gas flow in the transition step 2 carried out by the plasma processing apparatus which concerns on Example of FIG. 図1の実施例に係るプラズマ処理装置が実施する処理ステップBにおけるガスの流れを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the gas flow in the processing step B carried out by the plasma processing apparatus which concerns on Example of FIG.

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

以下の実施例においては、真空排気装置が接続され内部を減圧可能な誘電体窓と真空容器により密閉された処理室と、被処理材を載置可能な基板電極と、基板電極に対向して備えられたシャワープレートと、処理室内に処理用ガスを供給するガス供給ユニットと、該誘電体窓よりプラズマを発生するための電磁波を導入するための高周波導入手段と、該プラズマを発生するための磁場を形成する手段とを有するプラズマ処理装置において、ガス供給ユニットからシャワープレートを経由して減圧処理室へ処理用ガスを供給する第1のガス供給ライン上にガス供給ユニットとは別にガス切り替え機構を備えたプラズマ処理装置とこれによる処理工程が示される。 In the following examples, a processing chamber to which a vacuum exhaust device is connected and sealed by a dielectric window capable of depressurizing the inside and a vacuum container, a substrate electrode on which a material to be processed can be placed, and a substrate electrode facing the substrate electrode. A provided shower plate, a gas supply unit for supplying a processing gas into the processing chamber, a high-frequency introduction means for introducing an electromagnetic wave for generating a plasma from the dielectric window, and a high-frequency introducing means for generating the plasma. In a plasma processing apparatus having a means for forming a magnetic field, a gas switching mechanism is provided separately from the gas supply unit on a first gas supply line that supplies processing gas from the gas supply unit to the decompression processing chamber via a shower plate. A plasma processing apparatus equipped with the above and a processing process by the same are shown.

本実施例のガス切り替え機構は、2つの繋ぎガス導入ラインと粗引き排気ラインに接続された2つの捨てガスラインとそれを切り替える為の、9つのバルブと、チャンバ導入ラインと圧力測定する圧力計と、2つ捨てガスラインの圧力を測定する為の2つの圧力計とチャンバ導入ラインと捨てガスラインの圧力を同じに制御する2つの圧力制御器とによって、構築される。この機構を用いて、それぞれの条件が開始する以前に、捨てガスラインに事前にガスを流し、定常流れにしておきながら、捨てガスラインの圧力をチャンバ導入ガスラインの圧力と同じになるように調節することにより、変動なく滑らかに繋ぎかえることができる。 The gas switching mechanism of this embodiment includes two waste gas lines connected to two connecting gas introduction lines and a rough exhaust line, nine valves for switching them, a chamber introduction line, and a pressure gauge for measuring pressure. It is constructed by two pressure gauges for measuring the pressure of the two waste gas lines and two pressure controllers that control the pressure of the chamber introduction line and the waste gas line in the same manner. Using this mechanism, the pressure of the waste gas line should be the same as the pressure of the chamber introduction gas line while pre-flowing the gas to the waste gas line and keeping it in a steady flow before each condition starts. By adjusting, it is possible to connect smoothly without fluctuation.

また、ガス切り替え機構をガス供給ユニット内とは別に備えることにより、ガス供給ユニット内のスペースに囚われることなく、ソレノイドバルブをバルブに実装した高速切り替え用のバルブを用いることができる。また、高速切り替え用のバルブを用いることにより、バルブの応答遅れを考慮して、開閉の切り替えタイミングをずらす必要がなく切り替えステップの短時間化が実現できる。 Further, by providing the gas switching mechanism separately from the inside of the gas supply unit, it is possible to use a valve for high-speed switching in which the solenoid valve is mounted on the valve without being confined to the space in the gas supply unit. Further, by using the valve for high-speed switching, it is not necessary to shift the switching timing of opening and closing in consideration of the response delay of the valve, and the switching step can be shortened.

また、高速切り替え時に不活性ガスを用いた移行ステップおよび移行ステップ用の追加のマスフローコントローラーを用いて、必ずガス切り替えを行えることから、処理ステップで同ガス種同ガス流量を使用する場合においても、流量変更による対応をする必要がなくなり処理ステップの短時間化が実現でき、もしくはガス供給ユニット内に同ガス種、同流量のマスフローコントローラーを2つ備える必要がないので製品コストを安く抑えることができる。 In addition, since gas switching can always be performed using a transition step using an inert gas and an additional mass flow controller for the transition step at the time of high-speed switching, even when the same gas type and the same gas flow rate are used in the processing step, It is not necessary to respond by changing the flow rate, and the processing step can be shortened, or the product cost can be kept low because it is not necessary to equip the gas supply unit with two mass flow controllers of the same gas type and the same flow rate. ..

加えて、ガス供給ユニット内は従来通りの動作となるので、ガス供給ユニット内のバルブを高価な高速切り替え用のバルブに置き換える必要がなくなり、またガス切り替え機構部のみ高速切り替え用バルブを用いればよいことから、製品コストを安く抑えることができる。 In addition, since the operation inside the gas supply unit is the same as before, it is not necessary to replace the valve in the gas supply unit with an expensive valve for high-speed switching, and only the gas switching mechanism needs to use the valve for high-speed switching. Therefore, the product cost can be kept low.

また、ガス供給ユニットの下流側にガス切り替えユニットも配置することにより、複数のガス種を使用する場合においても、複数のガスを混合した状態で定常流れにした後に、ガス切り替えを行うため、従来技術のようにガス切り替えの際に再度ガス混合する必要がなく、その際おこる処理用ガス配管内で発生する圧力変動を抑制できる。 Further, by arranging the gas switching unit on the downstream side of the gas supply unit, even when a plurality of gas types are used, the gas is switched after the steady flow is performed in the state where the plurality of gases are mixed. Unlike the technology, it is not necessary to mix the gas again when switching the gas, and the pressure fluctuation generated in the processing gas pipe at that time can be suppressed.

実際の処理ステップの運用として、処理ステップAと処理ステップBの間に移行ステップを用いる。この移行ステップを前半と後半の2つに別けて、前半の移行ステップ1では前処理ステップ条件Aのマイクロ波電力、コイル電流、処理室圧力を維持し、ウエハバイアス電力はOFFにし、ガス流量を同流量相当のアルゴンもしくは不活性ガスに切り替える。次に、後半の移行ステップ2ではウエハバイアス電力をOFFに維持しつつ、次処理ステップ条件Bのマイクロ波電力、コイル電量、処理圧力条件に切り替るとともに、処理ステップ条件Bでのガス同流量相当のArもしくは不活性ガスに切り替える。マイクロ波電力、コイル電流、処理室圧力、ガス流量を移行ステップ内で切り替えることにより、マイクロ波電力のマッチング時間、コイル電流の制定時間、これらの過渡応答時間が与える再現性や機差への影響を低減することができる。また、ウエハバイアス用マッチング回路のマッチング値についてはOFFの状態のときに次の処理ステップのマッチング値に事前にあわせておくことにより、過渡応答を抑制する。 As an operation of the actual processing step, a transition step is used between the processing step A and the processing step B. This transition step is divided into the first half and the second half, and in the first half transition step 1, the microwave power, coil current, and processing chamber pressure of the pretreatment step condition A are maintained, the wafer bias power is turned off, and the gas flow rate is set. Switch to argon or an inert gas equivalent to the same flow rate. Next, in the latter half of the transition step 2, while maintaining the wafer bias power OFF, it is switched to the microwave power, coil charge, and processing pressure condition of the next processing step condition B, and is equivalent to the same gas flow rate in the processing step condition B. Switch to Ar or inert gas. By switching between microwave power, coil current, processing chamber pressure, and gas flow rate within the transition step, the matching time of microwave power, the establishment time of coil current, and the effect of these transient response times on reproducibility and machine error Can be reduced. Further, the matching value of the wafer bias matching circuit is adjusted in advance to the matching value of the next processing step when it is in the OFF state, thereby suppressing the transient response.

従来技術の課題であるプロセス性能の再現性悪化や機差を低減することができ、短時間ステップを実現することが出来る。 It is possible to reduce the deterioration of reproducibility of process performance and the machine difference, which are problems of the prior art, and to realize a short step.

以下、本発明の実施例を、図1を用いて説明する。図1は本発明の実施例に係るプラズマ処理装置を示す図であり、特に本実施例ではマイクロ波ECR(Electron Cyclotron Resonance)エッチングを行うプラズマ処理装置である。 Hereinafter, examples of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram showing a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention. In particular, in this embodiment, it is a plasma processing apparatus that performs microwave ECR (Electron Cyclotron Resonance) etching.

図1は、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。この図において、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置は、基板状の処理対象の試料であるウエハ11が載せられて保持される試料台10が配置されプラズマが形成されてウエハ11が処理される処理室4を内部に備えた真空容器1と、その下方に配置され処理室4内部を排気するターボ分子ポンプ20を備えた排気装置部と、真空容器1外部で処理室4の上方及びその周囲を囲んで配置され処理室4内に供給されるプラズマ形成用の電界または磁界を発生するプラズマ形成部とを備えて、ウエハ11をエッチング処理して半導体デバイスを製造する工程を行う半導体製造装置である。 FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing an outline of the configuration of the plasma processing apparatus according to the embodiment of the present invention. In this figure, in the plasma processing apparatus according to the embodiment of the present invention, a sample table 10 on which a wafer 11 which is a sample to be processed in a substrate shape is placed and held is arranged, plasma is formed, and the wafer 11 is processed. A vacuum vessel 1 having a processing chamber 4 inside, an exhaust device unit having a turbo molecular pump 20 arranged below the vacuum vessel 4 to exhaust the inside of the processing chamber 4, and an upper portion of the processing chamber 4 outside the vacuum vessel 1 and its like. A semiconductor manufacturing apparatus that includes a plasma forming portion that is arranged around the periphery and generates an electric field or a magnetic field for plasma formation that is supplied into the processing chamber 4 and performs a step of etching a wafer 11 to manufacture a semiconductor device. Is.

本実施例のプラズマ処理装置の真空容器1は、円筒形またはこれと見なせる程度の近似した形状を有してその円筒形の側壁と、その上方に開閉可能に配置された蓋部材であって円板形状を有し電界または磁界を透過可能な誘電体により構成された誘電体窓3(例えば石英製)を備えている。誘電体窓3と側壁の上端部とは、これらの間にOリング等のシール部材を挟んで接続され、誘電体窓3が接続された状態で真空容器1内部の処理室4内外が気密に封止されて保持され、真空容器1が誘電体窓3をその上部を構成する一部材として構成される。 The vacuum vessel 1 of the plasma processing apparatus of this embodiment is a cylindrical side wall having a cylindrical shape or an approximate shape that can be regarded as the same, and a lid member arranged above the cylindrical side wall so as to be openable and closable. It is provided with a dielectric window 3 (for example, made of quartz) having a plate shape and made of a dielectric material capable of transmitting an electric field or a magnetic field. The dielectric window 3 and the upper end of the side wall are connected by sandwiching a sealing member such as an O-ring between them, and the inside and outside of the processing chamber 4 inside the vacuum vessel 1 are airtight with the dielectric window 3 connected. It is sealed and held, and the vacuum vessel 1 is configured with the dielectric window 3 as a member constituting the upper portion thereof.

誘電体窓3の下方には、この真空容器1内部の処理室4の天井面を構成して、処理室4内に上方から処理用のガスを供給するための貫通孔が複数個配置された円板形状を有した誘電体製(例えば石英、またはイットリア等のセラミクスを含む材料製)の板部材であるシャワープレート2が配置されている。シャワープレート2と誘電体窓3との間には、貫通孔から処理室4内に供給される処理用ガスが供給され拡散、分散して充満するバッファ用空間が配置されている。 Below the dielectric window 3, a ceiling surface of the processing chamber 4 inside the vacuum vessel 1 is formed, and a plurality of through holes for supplying processing gas from above are arranged in the processing chamber 4. A shower plate 2 which is a plate member made of a dielectric having a disk shape (for example, made of a material containing ceramics such as quartz or yttria) is arranged. Between the shower plate 2 and the dielectric window 3, a buffer space is arranged in which the processing gas supplied into the processing chamber 4 from the through hole is supplied, diffused, dispersed and filled.

このバッファ用の空間の内部はプラズマ処理装置に処理用ガスを供給するガス供給装置16と連結され、当該ガス供給装置16から供給されたエッチング処理用のガスが真空容器1に接続されたガス供給管を含むエッチングガスライン22を介して内部を通流する。また、ガス供給ユニット16からシャワープレート2を経由して減圧処理室へ処理用ガスを供給するエッチングガスライン22とチャンバ導入ガスライン25の間にガス切り替えユニット100が備えられている。真空容器1の下方には可変コンダクタンスバルブ18とターボ分子ポンプ20とドライポンプ19が配置され、真空容器1内の処理室4の底面に配置された真空排気口5を介し処理室4と連通されている。 The inside of the space for the buffer is connected to the gas supply device 16 that supplies the processing gas to the plasma processing device, and the gas for etching processing supplied from the gas supply device 16 is connected to the vacuum vessel 1 for gas supply. It passes through the inside through the etching gas line 22 including the tube. Further, a gas switching unit 100 is provided between the etching gas line 22 for supplying the processing gas from the gas supply unit 16 to the decompression processing chamber via the shower plate 2 and the chamber introduction gas line 25. A variable conduction valve 18, a turbo molecular pump 20, and a dry pump 19 are arranged below the vacuum vessel 1 and communicate with the processing chamber 4 via a vacuum exhaust port 5 arranged on the bottom surface of the processing chamber 4 in the vacuum vessel 1. ing.

プラズマを生成するための電力を処理室4に伝送するため、誘電体窓3の上方には電磁波を放射する高周波導入手段として導波管6(またはアンテナ)が配置されている。 In order to transmit the electric power for generating plasma to the processing chamber 4, a waveguide 6 (or an antenna) is arranged above the dielectric window 3 as a high-frequency introduction means for radiating electromagnetic waves.

導波管6は、その上下方向に延在した導波管6の円筒形の管状部分は上端部において水平方向に延在する断面矩形状の管状部分の一端部と連結されて向きが変えられ、さらに断面矩形状の管状部分の他端側には導波管6内へ伝送される電磁波を発振して形成するための電磁波発生用電源8が配置されている。この電磁波の周波数は特に限定されないが、本実施例では2.45GHzのマイクロ波が用いられる。 The direction of the waveguide 6 is changed by connecting the cylindrical tubular portion of the waveguide 6 extending in the vertical direction to one end of the tubular portion having a rectangular cross section extending in the horizontal direction at the upper end. Further, on the other end side of the tubular portion having a rectangular cross section, an electromagnetic wave generation power supply 8 for oscillating and forming an electromagnetic wave transmitted into the waveguide 6 is arranged. The frequency of this electromagnetic wave is not particularly limited, but in this embodiment, a 2.45 GHz microwave is used.

処理室4の外周部であって誘電体窓3の上方及び真空容器1の円筒状部分の側壁の外周側には、磁場を形成する磁場発生コイル9が配置され、電磁波発生用電源8より発振されて導波管6及び、空洞共振器7、誘電体窓3、シャワープレート2を介して処理室4内に導入された電界は、直流電流が供給されて磁場発生コイル9により形成され処理室4内に導入された磁場との相互作用により、エッチングガスの粒子を励起して処理室4内のシャワープレート2の下方の空間にプラズマを生成する。また、本実施例では処理室4内の下部であってシャワープレート2の下方にはその下面に対向して配置された試料台10が配置されている。 A magnetic field generating coil 9 that forms a magnetic field is arranged on the outer peripheral portion of the processing chamber 4 above the dielectric window 3 and on the outer peripheral side of the side wall of the cylindrical portion of the vacuum vessel 1, and oscillates from the electromagnetic wave generating power source 8. The electric field introduced into the processing chamber 4 via the waveguide 6, the cavity resonator 7, the dielectric window 3, and the shower plate 2 is supplied with a DC current and formed by the magnetic field generating coil 9, and is formed in the processing chamber. By interacting with the magnetic field introduced into 4, the particles of the etching gas are excited to generate plasma in the space below the shower plate 2 in the processing chamber 4. Further, in this embodiment, a sample table 10 is arranged in the lower part of the processing chamber 4 and below the shower plate 2 so as to face the lower surface thereof.

試料台10は、本実施例では略円筒形状を有してその上面であって処理対象のウエハ11が載せられる面には溶射によって形成された誘電体製の膜(図示省略)が配置されており、その誘電体の膜内部に配置された膜状の少なくとも1つの電極には高周波フィルター14を介して直流電源15が接続されて直流電力が供給可能に構成されている。さらに、試料台10の内部には、円板形状の導体製の基材が配置されておりマッチング回路12を介して高周波電源13が接続されている。 In this embodiment, the sample table 10 has a substantially cylindrical shape, and a dielectric film (not shown) formed by spraying is arranged on the upper surface thereof on which the wafer 11 to be processed is placed. A DC power source 15 is connected to at least one film-shaped electrode arranged inside the dielectric film via a high-frequency filter 14 so that DC power can be supplied. Further, a disk-shaped conductor-made base material is arranged inside the sample table 10, and the high-frequency power supply 13 is connected via the matching circuit 12.

なお、本実施例のプラズマ処理装置は、上記真空容器1、排気装置部、プラズマ形成部を構成する部分、ガス切り替えユニット100、マッチング回路12、高周波電源13等の部分と信号の送受信を可能に接続された図示しない制御部を備えている。本実施例のプラズマ処理装置では、以下に説明するウエハ11をエッチング処理する工程において、制御部内のハードディスクやCD−ROM、RAMまたはROM等の記憶装置内に記憶されたソフトウエアが読み出されてこれに記載されたアルゴリズムに基いて半導体製のマイクロプロセッサ等の演算器の動作により算出された指令信号がこれらの各部分に送信されてこれらの動作が調節され、ウエハ11のエッチング処理が実施される。制御部は、このような記憶装置、演算器と送受信のためのインターフェースとが通信可能に接続されたユニットであって、1つまたは複数のデバイスから構成されていても良い。 The plasma processing device of this embodiment can transmit and receive signals to and from the vacuum vessel 1, the exhaust device, the parts constituting the plasma forming part, the gas switching unit 100, the matching circuit 12, the high frequency power supply 13, and the like. It has a connected control unit (not shown). In the plasma processing apparatus of this embodiment, in the step of etching the wafer 11 described below, the software stored in the hard disk in the control unit or the storage device such as CD-ROM, RAM or ROM is read out. Command signals calculated by the operation of an arithmetic unit such as a semiconductor microprocessor based on the algorithm described therein are transmitted to each of these parts to adjust these operations, and the wafer 11 is etched. To. The control unit is a unit in which such a storage device, an arithmetic unit, and an interface for transmission / reception are communicably connected, and may be composed of one or a plurality of devices.

このようなプラズマ処理装置において、樹脂材を用いたマスク層を含む複数の膜層が積層された膜構造が上面に予め形成されたウエハ11は、当該膜構造の処理対象の膜層が処理されていない未処理の状態で、処理室4内部に搬送されて、試料台10上面上に保持され、当該処理室4内に形成されたプラズマが用いられて処理対象の膜層がエッチング処理される。より詳細には、未処理のウエハ11は、図示されていない真空容器1の側壁に連結され減圧された搬送室の内部にロボットアーム等の搬送手段が配置された真空搬送容器の当該搬送室を搬送されて、真空容器1側壁に配置された貫通孔であるゲート内部を通して処理室4内に搬入される。 In such a plasma processing apparatus, the wafer 11 in which a film structure in which a plurality of film layers including a mask layer using a resin material are laminated is previously formed on the upper surface is treated with the film layer to be processed. In the untreated state, the film layer to be processed is etched by being conveyed to the inside of the processing chamber 4, held on the upper surface of the sample table 10, and using the plasma formed in the processing chamber 4. .. More specifically, the unprocessed wafer 11 is connected to the side wall of the vacuum container 1 (not shown), and the transfer chamber of the vacuum transfer container in which the transfer means such as the robot arm is arranged inside the transfer chamber whose pressure is reduced is increased. It is conveyed and carried into the processing chamber 4 through the inside of the gate, which is a through hole arranged on the side wall of the vacuum vessel 1.

搬送手段上に保持された未処理のウエハ11は、試料台10内に配置された試料台10上面上方に突出した複数のピン上端上に載せられて受け渡される。ロボットアーム等の搬送手段が処理室4から搬出して図示しないゲートバルブがゲートを気密に閉塞した状態で、ピンが試料台10内部に降下して収納され試料台10上面に受け渡されたウエハ11は、直流電源15から印加される直流電圧の静電気力で試料台10上面上に吸着される。 The untreated wafer 11 held on the transport means is placed on the upper ends of a plurality of pins protruding above the upper surface of the sample table 10 arranged in the sample table 10 and delivered. A wafer in which a transfer means such as a robot arm is carried out from the processing chamber 4 and a gate valve (not shown) closes the gate airtightly, and a pin is lowered inside the sample table 10 and stored and delivered to the upper surface of the sample table 10. 11 is attracted to the upper surface of the sample table 10 by the electrostatic force of the DC voltage applied from the DC power source 15.

次に、ガス供給ユニット16から所定の処理用ガスであるエッチングガスが処理室4内に供給され、圧力計17で処理室4内部の圧力を検出した結果がフィードバックされて可変コンダクタンスバルブ18の動作が調節され処理室4内部が処理に適した圧力に調節される。この状態で、電界及び磁界が処理室4内に供給されて試料台10及びシャワープレート2との間の処理室4内の空間に供給された処理用ガスの原子または分子が解離、電離されて処理室4内にプラズマが形成される。プラズマが形成された状態で、試料台10には高周波電源13から所定の周波数の高周波電力が印加されウエハ11上方にバイアス電位が形成され、当該バイアス電位とプラズマの電位との間の電位差に応じてプラズマ中の荷電粒子がウエハ11表面に誘引されてウエハ11表面上の膜構造と衝突して処理対象の膜がエッチング処理される。 Next, the etching gas, which is a predetermined processing gas, is supplied from the gas supply unit 16 into the processing chamber 4, and the result of detecting the pressure inside the processing chamber 4 by the pressure gauge 17 is fed back to operate the variable conductance valve 18. Is adjusted and the inside of the processing chamber 4 is adjusted to a pressure suitable for processing. In this state, an electric field and a magnetic field are supplied into the processing chamber 4, and atoms or molecules of the processing gas supplied into the space in the processing chamber 4 between the sample table 10 and the shower plate 2 are dissociated and ionized. Plasma is formed in the processing chamber 4. In the state where the plasma is formed, a high-frequency power of a predetermined frequency is applied to the sample table 10 from the high-frequency power supply 13, a bias potential is formed above the wafer 11, and the potential difference between the bias potential and the plasma potential is increased. The charged particles in the plasma are attracted to the surface of the wafer 11 and collide with the film structure on the surface of the wafer 11 to etch the film to be processed.

本実施例のエッチング処理では、処理の開始後の時間の経過に伴って、ウエハ11上面上の膜構造の少なくとも1つの処理対象の膜層を異なる処理の条件でエッチング処理する複数の工程が切り替えられて実施される。さらに、本例では、時間の経過上の前後の2つの工程(処理ステップ)の各々の間に、前の工程での処理のものから後の工程での処理のものに処理の条件が変更される移行用の工程(移行ステップ)を少なくとも1つ有した処理の工程が実施される。 In the etching process of this embodiment, as the time elapses after the start of the process, a plurality of steps of etching at least one film layer of the film structure on the upper surface of the wafer 11 under different processing conditions are switched. It is carried out. Further, in this example, the processing conditions are changed from the processing in the previous process to the processing in the subsequent process between each of the two processes (processing steps) before and after the passage of time. A processing step having at least one transition step (transition step) is carried out.

このような膜構造の処理が所定時間行われて処理の終点が検出されると、バイアス電位形成用の高周波電源からの高周波電力の試料台10内部の円板形状の電極への供給は停止されて、エッチング処理が停止される。この後、静電気力による吸着が除電されて解除される。その後、試料台10内部に収納された複数のピンが駆動されて上方に移動して、複数ピンの上端上に載せられたウエハ11が試料台10上面からその上方に遊離されて保持される。この状態で、ゲートバルブが動作し開放されたゲートを通して再度処理室4内に進入した搬送装置上面上方に処理済みのウエハ11が受け渡され、搬送装置が処理室4外に退出してウエハ11が外部に搬出され、ゲートが再閉塞される。 When the processing of such a film structure is performed for a predetermined time and the end point of the processing is detected, the supply of high-frequency power from the high-frequency power source for forming the bias potential to the disk-shaped electrode inside the sample table 10 is stopped. Then, the etching process is stopped. After that, the adsorption due to the electrostatic force is eliminated and released. After that, the plurality of pins housed inside the sample table 10 are driven and move upward, and the wafer 11 placed on the upper ends of the plurality of pins is released and held above the upper surface of the sample table 10. In this state, the processed wafer 11 is delivered above the upper surface of the transfer device that has entered the processing chamber 4 again through the gate opened by the operation of the gate valve, and the transfer device moves out of the processing chamber 4 and the wafer 11 Is carried out and the gate is reclosed.

次に、本実施例のプラズマ処理装置に具備されたガス切り替え機構を有するガス切り替えユニット100について説明する。 Next, a gas switching unit 100 having a gas switching mechanism provided in the plasma processing apparatus of this embodiment will be described.

本実施例のガス切り替えユニット100には、ガス供給ユニット16と真空容器1との間を接続する第1のガス供給ラインであるエッチングガス供給ライン22と、このエッチングガス供給ライン22上に備えられた第1のバルブ101及び第1バルブ101とを備えている。さらに、エッチングガス供給ライン22から分岐して処理室4の排気用のターボ分子ポンプ20とその排気口からの流れの下流側に配置された粗引き用のドライポンプ19入口との間を接続する排気ライン21との間を接続して配置された第1の捨てガスライン23と、第1のバルブ101及びガス供給ユニット16の間のエッチングガス供給ライン22と第1の捨てガスライン23との間を接続する第1のバイパスライン104と、その第1のバイパスライン上に備えられた第2のバルブ102とを備えている。 The gas switching unit 100 of this embodiment is provided on an etching gas supply line 22 which is a first gas supply line connecting the gas supply unit 16 and the vacuum vessel 1 and on the etching gas supply line 22. It also includes a first valve 101 and a first valve 101. Further, it branches from the etching gas supply line 22 and connects between the turbo molecular pump 20 for exhaust of the processing chamber 4 and the dry pump 19 inlet for roughing arranged on the downstream side of the flow from the exhaust port. A first waste gas line 23 arranged so as to be connected to the exhaust line 21, and an etching gas supply line 22 and a first waste gas line 23 between the first valve 101 and the gas supply unit 16. It includes a first bypass line 104 connecting the spaces and a second valve 102 provided on the first bypass line.

更にまた、エッチングガス供給ライン22から分岐して排気ライン21との間を接続して配置された第2の捨てガスライン24と、第1のバルブ101及びガス供給ユニット16との間のエッチングガス供給ライン22と第2の捨てガスライン24との間を接続する第3のバイパスライン105と、第3のバイパスガスライン105上に備えられた第3のバルブ103とが配置されている。第1の捨てガスライン23,第2の捨てガスライン24は、エッチングガス供給ライン22上を流れる処理用ガスをドライポンプ19を通してプラズマ処理装置外部に排出するためのラインである。 Furthermore, the etching gas between the second waste gas line 24, which is branched from the etching gas supply line 22 and connected to the exhaust line 21, and the first valve 101 and the gas supply unit 16. A third bypass line 105 connecting the supply line 22 and the second waste gas line 24 and a third valve 103 provided on the third bypass gas line 105 are arranged. The first waste gas line 23 and the second waste gas line 24 are lines for discharging the processing gas flowing on the etching gas supply line 22 to the outside of the plasma processing apparatus through the dry pump 19.

また、ガス切り替えユニット100は、移行ステップにおいて処理室4内にアルゴン等の希ガスあるいは不活性ガスを供給する第1移行ステップガス供給源117と、この第1移行ステップガス供給源117から供給される第1の移行ステップガスが内部を通流して第1移行ステップガス供給源117とエッチングガス供給ライン22との間を接続する第2のガス供給ライン110と、第2のガス供給ライン110上に配置され第1の移行ステップガスの流量または速度を調節する第1の移行ステップガス用マスフローコントローラー116とを備えている。第2のガス供給ライン110は、第1のバルブ101とチャンバ導入ガスライン25との間でエッチングガス供給ライン22に接続されている。 Further, the gas switching unit 100 is supplied from the first transition step gas supply source 117 that supplies a rare gas such as argon or an inert gas into the processing chamber 4 in the transition step, and the first transition step gas supply source 117. On the second gas supply line 110 and the second gas supply line 110, through which the first transition step gas passes through the inside and connects between the first transition step gas supply source 117 and the etching gas supply line 22. A first transition step gas mass flow controller 116 is provided for adjusting the flow rate or speed of the first transition step gas. The second gas supply line 110 is connected to the etching gas supply line 22 between the first valve 101 and the chamber introduction gas line 25.

さらに、第2のガス供給ライン110上に備えられた第4のバルブ111と、第2のガス供給ライン110から供給される第1の移行ステップ用ガスをドライポンプ19へと排気するために、第2のガス供給ライン110と第1の捨てガスライン23との間を接続する第3のバイパスライン114と、その第3のバイパスライン114上に備えられた第5のバルブ112とを備えている。更に、第1移行ステップガス供給源117から供給される第1の移行ステップガスをドライポンプ19へと排気するために、第2のガス供給ライン110と第2の捨てガスライン24との間を接続する第4のバイパスライン115と、その第4のバイパスガスライン115上に備えられた第6のバルブ113を備えている。 Further, in order to exhaust the fourth valve 111 provided on the second gas supply line 110 and the gas for the first transition step supplied from the second gas supply line 110 to the dry pump 19. A third bypass line 114 connecting between the second gas supply line 110 and the first waste gas line 23 and a fifth valve 112 provided on the third bypass line 114 are provided. There is. Further, in order to exhaust the first transition step gas supplied from the first transition step gas supply source 117 to the dry pump 19, there is a gap between the second gas supply line 110 and the second waste gas line 24. It includes a fourth bypass line 115 to be connected and a sixth valve 113 provided on the fourth bypass gas line 115.

また、移行ステップにおいて処理室4内にアルゴン等の希ガスあるいは不活性ガスを供給する第2移行ステップガス供給源127と、この第2移行ステップガス供給源127から供給される第2の移行ステップガスが内部を通流して第2移行ステップガス供給源127とエッチングガス供給ライン22との間を接続する第3のガス供給ライン120と、第3のガス供給ライン120上に配置され第2の移行ステップガスの流量または速度を調節する第2の移行ステップガス用マスフローコントローラー126とを備えている。第3のガス供給ライン120は、第1のバルブ101とチャンバ導入ガスライン25との間でエッチングガス供給ライン22に接続されている。 Further, in the transition step, a second transition step gas supply source 127 for supplying a rare gas such as argon or an inert gas into the processing chamber 4, and a second transition step supplied from the second transition step gas supply source 127. A second gas supply line 120, which allows gas to pass through the inside and connects between the second transition step gas supply source 127 and the etching gas supply line 22, and a second gas supply line 120 arranged on the third gas supply line 120. It includes a second transition step gas mass flow controller 126 that adjusts the flow rate or speed of the transition step gas. The third gas supply line 120 is connected to the etching gas supply line 22 between the first valve 101 and the chamber introduction gas line 25.

さらに、第3のガス供給ライン120上に備えられた第7のバルブ121と、第3のガス供給ライン120から供給される第2の移行ステップ用ガスをドライポンプ19へと排気するために、第3のガス供給ライン120と第1の捨てガスライン23との間を接続する第5のバイパスライン124と、その第5のバイパスライン124上に備えられた第8のバルブ122とを備えている。更に、第2移行ステップガス供給源127から供給される第2の移行ステップガスをドライポンプ19へと排気するために、第3のガス供給ライン120と第2の捨てガスライン24との間を接続する第6のバイパスライン125と、その第6のバイパスガスライン125上に備えられた第9のバルブ123を備えている。 Further, in order to exhaust the seventh valve 121 provided on the third gas supply line 120 and the gas for the second transition step supplied from the third gas supply line 120 to the dry pump 19. A fifth bypass line 124 connecting between the third gas supply line 120 and the first waste gas line 23 and an eighth valve 122 provided on the fifth bypass line 124 are provided. There is. Further, in order to exhaust the second transition step gas supplied from the second transition step gas supply source 127 to the dry pump 19, there is a gap between the third gas supply line 120 and the second waste gas line 24. It comprises a sixth bypass line 125 to be connected and a ninth valve 123 provided on the sixth bypass gas line 125.

また、ガス切り替えユニット100には、上記のガスライン各々上に圧力計が配置されており、チャンバ導入ガスライン25上にはチャンバ導入ガスライン用圧力計106が、第1の捨てガスライン23には第1の捨てガスライン用圧力計131が、第2の捨てガスライン24には第2の捨てガスライン用圧力計141が配置されている。 Further, in the gas switching unit 100, a pressure gauge is arranged on each of the above gas lines, and a pressure gauge 106 for the chamber introduction gas line is arranged on the chamber introduction gas line 25 in the first waste gas line 23. The first waste gas line pressure gauge 131 is arranged, and the second waste gas line pressure gauge 141 is arranged in the second waste gas line 24.

また、第1の捨てガスライン23上に可変コンダクタンスバルブ132が、第2の捨てガスライン24上には可変コンダクタンスバルブ142が各々配置されている。これらの可変コンダクタンスバルブ132,142各々は、第1の捨てガスライン用圧力計131、第2の捨てガスライン用圧力計141の各々が検出した値がチャンバ導入ガスライン用圧力計106が検出した値と同じ値になるように、そのバルブの開度によるラインを構成する配管内の流路断面積や流路の形状等のコンダクタンスを増減して、流量やその速度を調節する動作を行う。なお、第1の捨てガスライン23、第二の捨てガスライン24の各々に供給されたガスは、排気ライン21を通してドライポンプ19によりプラズマ処理装置外部に排出される。 Further, a variable conductance valve 132 is arranged on the first waste gas line 23, and a variable conductance valve 142 is arranged on the second waste gas line 24. For each of these variable conductance valves 132 and 142, the values detected by the first waste gas line pressure gauge 131 and the second waste gas line pressure gauge 141 were detected by the chamber introduction gas line pressure gauge 106. The flow rate and its speed are adjusted by increasing or decreasing the conductance such as the cross-sectional area of the flow path and the shape of the flow path in the pipe constituting the line according to the opening degree of the valve so as to be the same value as the value. The gas supplied to each of the first waste gas line 23 and the second waste gas line 24 is discharged to the outside of the plasma processing apparatus by the dry pump 19 through the exhaust line 21.

次に、本実施例のプラズマ処理装置が備えるマッチング回路12について図2を用いて説明する。図2は、図1に示す実施例が備えるマッチング回路の構成の概略を模式的に示すブロック図である。 Next, the matching circuit 12 included in the plasma processing apparatus of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a block diagram schematically showing an outline of a configuration of a matching circuit included in the embodiment shown in FIG.

この図のように、本例のマッチング回路12は、高周波電源13と試料台10に内蔵された導体製の電極との間を接続する給電経路上に配置され、高周波電源13に近い順に、インピーダンスコントローラー26と、第1のマッチング用可変素子27と、第2のマッチング用可変素子28とが電気的に接続されて構成されている。また、マッチング回路12は、インピーダンス外部指示器29とスイッチを介して接続されている。 As shown in this figure, the matching circuit 12 of this example is arranged on the feeding path connecting between the high frequency power supply 13 and the electrode made of a conductor built in the sample table 10, and the impedance is in the order of proximity to the high frequency power supply 13. The controller 26, the first variable element 27 for matching, and the second variable element 28 for matching are electrically connected to each other. Further, the matching circuit 12 is connected to the impedance external indicator 29 via a switch.

当該スイッチは、第1のマッチング用可変素子27と第2のマッチング用可変素子28との各々とインピーダンス外部指示器29との間の電気的な接続を遮断、接続する。さらに、マッチング回路12内にもインピーダンスコントローラー26とインピーダンス外部指示器29との間でこれらの電気的接続を遮断、接続するスイッチを備えている。
これらのスイッチによる切替えによって、インピーダンスコントローラー26とインピーダンス外部指示器29を切り替えることができる。インピーダンスコントローラー26に接続している場合は、インピーダンスコントローラー26がインピーダンスの偏差をモニタしながら、マッチング出来るように第1のマッチング用可変素子27と第2のマッチング用可変素子28を調節する。インピーダンス外部指示器29に接続している場合は、インピーダンス外部指示器29により任意の値になるように第1のマッチング用可変素子27と第2のマッチング用可変素子28を調節する。このスイッチによる切り替えは、高周波電源13をOFFした際に切り替えることができる。
The switch cuts off and connects the electrical connection between each of the first matching variable element 27 and the second matching variable element 28 and the impedance external indicator 29. Further, the matching circuit 12 also includes a switch that cuts off and connects the electrical connection between the impedance controller 26 and the impedance external indicator 29.
By switching with these switches, the impedance controller 26 and the impedance external indicator 29 can be switched. When connected to the impedance controller 26, the impedance controller 26 adjusts the first matching variable element 27 and the second matching variable element 28 so that matching can be performed while monitoring the impedance deviation. When connected to the impedance external indicator 29, the impedance external indicator 29 adjusts the first matching variable element 27 and the second matching variable element 28 so as to have an arbitrary value. The switching by this switch can be switched when the high frequency power supply 13 is turned off.

次に、本実施例が実施するエッチング処理の工程について図3,4を用いて説明する。図3は、図1に示す実施例が実施するエッチング処理の複数の工程の各々における条件の一部を示した表である。図4は、図3に示す工程の動作の流れを示すグラフである。 Next, the etching process performed by this embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. 3 is a table showing some of the conditions in each of the plurality of steps of the etching process carried out by the embodiment shown in FIG. FIG. 4 is a graph showing the flow of operations in the process shown in FIG.

上記のように、本実施例では、処理対象の少なくとも1つの膜層を処理する前後の2つの処理ステップの間に、これらのステップで異なる条件が前のものから後のものの値に変更される移行ステップを備えている。特に、この移行ステップは移行ステップ1、移行ステップ2の2つに分けられて前者から後者に引き続いて実施される。 As described above, in this embodiment, between the two treatment steps before and after treating at least one membrane layer to be treated, the different conditions in these steps are changed from the previous one to the later one. It has a migration step. In particular, this transition step is divided into two, a transition step 1 and a transition step 2, and the former is followed by the latter.

移行ステップ1では、処理の条件のうち、電磁波発生用電源8から供給されるマイクロ波の電界を形成するための電力(マイクロ波電力)、磁場発生コイル9に供給される磁界を形成するための電流(磁場コイル電流)および処理室4内部の圧力(処理室圧力)は、その値が前の処理ステップである処理ステップAにおける条件のものに維持される。すなわち、移行ステップ1において、試料台10に供給されるバイアス形成用の電力(ウエハバイアス電力)は供給が停止され(OFFにされ)る。さらに、チャンバ導入ガスライン25を通流するガスは、アルゴンガスもしくは不活性ガスに切り替えられ、その流量は処理ステップAの処理用ガスと同じにされる。 In the transition step 1, among the processing conditions, the power for forming the electric field of the microwave supplied from the power source 8 for generating electromagnetic waves (microwave power) and the magnetic field supplied to the magnetic field generating coil 9 are formed. The current (magnetic field coil current) and the pressure inside the processing chamber 4 (processing chamber pressure) are maintained at their values under the conditions in the processing step A, which is the previous processing step. That is, in the transition step 1, the supply of the bias forming electric power (wafer bias electric power) supplied to the sample table 10 is stopped (turned off). Further, the gas flowing through the chamber introduction gas line 25 is switched to argon gas or an inert gas, and the flow rate thereof is the same as that of the processing gas in the processing step A.

次に行われる、移行ステップ2においては、処理の条件のうち、ウエハバイアス電力は停止された(OFF)状態が維持され、マイクロ波電力、磁場コイル電流、処理室圧力の値の各々は処理ステップBの処理の条件のものに変更される。さらに、チャンバ導入ガスライン25を通流するアルゴンガスもしくは不活性ガスの流量は、処理ステップBの処理用ガスと同じ値になるように変更される。 In the transition step 2 to be performed next, among the processing conditions, the wafer bias power is maintained in the stopped (OFF) state, and the values of the microwave power, the magnetic field coil current, and the processing chamber pressure are each processed in the processing step. It is changed to that of the processing condition of B. Further, the flow rate of the argon gas or the inert gas flowing through the chamber introduction gas line 25 is changed so as to have the same value as the processing gas in the processing step B.

このように、移行ステップ1,2の間で、マイクロ波電力、磁場コイル電流、処理室圧力、処理室4に供給されるガスの流量等の処理の条件の値が当該移行ステップの前後の処理ステップの前の条件の設定から後のものに変更されることにより、マイクロ波電力の大きさが変更されてマッチングされるまでの時間、磁場コイル電流及び処理室圧力の値が変更されて安定するまでの時間が低減され、処理のスループットが向上する。さらには、上記設定値の変更の指令信号が受信されて変更が開始されてから実際の条件の値の変更が終了する、あるいはその値が変動の所定の許容範囲内の大きさになる、所謂過渡応答の時間における各条件の当該過渡応答のプロファイルの再現性が向上し、このような過渡応答の機差が低減され、処理の歩留まりが向上する。さらにまた、ウエハバイアス電力のマッチングについては、ウエハバイアス電力がOFFの状態で維持されている移行ステップ2において第1のマッチング用可変素子27と第2のマッチング用可変素子28との各々を処理ステップBにおける整合値を予め取得しておき当該整合値に処理ステップB開始前に合わせておくことにより、過渡応答の影響が抑制される。 In this way, between the transition steps 1 and 2, the values of the processing conditions such as the microwave power, the magnetic field coil current, the processing chamber pressure, and the flow rate of the gas supplied to the processing chamber 4 are processed before and after the transition step. By changing the setting of the condition before the step to the one after the step, the time until the magnitude of the microwave power is changed and matched, the value of the magnetic field coil current and the value of the processing chamber pressure are changed and stabilized. Time is reduced and processing throughput is improved. Further, after the command signal for changing the above set value is received and the change is started, the change of the value of the actual condition is completed, or the value becomes a magnitude within a predetermined allowable range of fluctuation, so-called. The reproducibility of the profile of the transient response of each condition at the time of the transient response is improved, the difference in such transient response is reduced, and the processing yield is improved. Furthermore, regarding the matching of the wafer bias power, in the transition step 2 in which the wafer bias power is maintained in the OFF state, each of the first matching variable element 27 and the second matching variable element 28 is processed. By acquiring the matching value in B in advance and adjusting it to the matching value before the start of the processing step B, the influence of the transient response is suppressed.

次に、図3に示した各ステップにおけるガス切り替えユニット100内部のガスの流れについて、図5乃至8を用いて説明する。これらの図では、不活性ガスとしてアルゴン(Ar)が用いられ、第1の移行ステップガス用マスフローコントローラー116から供給されるアルゴンガスをアルゴンガス1(Ar1)、第2の移行ステップガス用マスフローコントローラー126から供給されるアルゴンガスをアルゴンガス2(Ar2)として示される。また、これらの図で示されるステップが実施されるウエハ11のエッチング処理における第1の捨てガスライン23を通過するガス流量、第2の捨てガスライン24を通過するガス流量の値の変化は図3に、処理の動作の流れは図4に示される。 Next, the gas flow inside the gas switching unit 100 in each step shown in FIG. 3 will be described with reference to FIGS. 5 to 8. In these figures, argon (Ar) is used as the inert gas, and the argon gas supplied from the first transition step gas mass flow controller 116 is the argon gas 1 (Ar1), and the second transition step gas mass flow controller. The argon gas supplied from 126 is shown as argon gas 2 (Ar2). Further, changes in the values of the gas flow rate passing through the first waste gas line 23 and the gas flow rate passing through the second waste gas line 24 in the etching process of the wafer 11 in which the steps shown in these figures are carried out are shown in FIG. 3. The flow of processing operation is shown in FIG.

図5に、処理ステップAのガス切り替えユニット100内部のガス流れを示す。図5は、図1の実施例に係るプラズマ処理装置が実施する処理ステップAにおけるガスの流れを模式的に示す図である。 FIG. 5 shows the gas flow inside the gas switching unit 100 in the processing step A. FIG. 5 is a diagram schematically showing a gas flow in the processing step A performed by the plasma processing apparatus according to the embodiment of FIG.

本図において、処理ステップAの開始に際し、図示しない制御部からの指令信号に基づいて、エッチングガス供給ライン22上の第1のバルブ101が開かれ、ガス供給ユニット16から当該ステップの条件Aにおいて用いられる処理用ガスとしてのエッチングガスが、ガス供給ユニット16内に配置されたマスフローコントローラーによって流量あるいは速度が条件Aのものになるように調節されて、チャンバ導入ガスライン25を介して処理室4に供給される。この際、チャンバ導入ガスライン用圧力計106がチャンバ導入ガスライン25内の圧力を検知し、この検知結果が送信された制御部において圧力値が検出される。さらに、第1のバルブ101が開放される時刻と同時刻あるいは実質的にこれと見做せる程度に近似した時刻で、並行して第5のバルブ112が開かれて、第1の移行ステップガス用マスフローコントローラー116において当該条件Aのエッチングガスと同流量にされたアルゴンガス1(Ar1)が第2のガス供給ライン110と第3バイパスライン114とを介して第1の捨てガスライン23に供給される。 In this figure, at the start of the processing step A, the first valve 101 on the etching gas supply line 22 is opened based on a command signal from a control unit (not shown), and the gas supply unit 16 sets the condition A of the step. The etching gas as the processing gas to be used is adjusted by the mass flow controller arranged in the gas supply unit 16 so that the flow rate or the speed is that of the condition A, and the processing chamber 4 is passed through the chamber introduction gas line 25. Is supplied to. At this time, the pressure gauge 106 for the chamber introduction gas line detects the pressure in the chamber introduction gas line 25, and the pressure value is detected in the control unit to which the detection result is transmitted. Further, at the same time as the time when the first valve 101 is opened or at a time substantially close to this, the fifth valve 112 is opened in parallel, and the first transition step gas is opened. In the mass flow controller 116, the argon gas 1 (Ar1) having the same flow rate as the etching gas of the condition A is supplied to the first waste gas line 23 via the second gas supply line 110 and the third bypass line 114. Will be done.

また、第1のバルブ101の開放と実質的に同時刻で並行して第9のバルブ123が開かれ、第2の移行ステップガス用マスフローコントローラー126において処理ステップBにおける処理の条件である条件Bのエッチングガスと同じ流量に調節されたアルゴンガス2(Ar2)が第3のガス供給ライン120と第5バイパスラインとを介して、第2の捨てガスライン24に供給される。アルゴンガス1の第1の捨てガスライン23への供給の開始は、処理ステップAの期間中であって当該アルゴンガス1の流量または速度とが条件Aに等しくされるまでの時間が含むことが可能な時刻に開始され、処理ステップAの期間中は捨て第1のガスライン23におけるアルゴンガス1の流量または速度が条件Aのものに維持される。アルゴンガス2の第1の捨てガスライン24への供給の開始は、処理ステップAまたは移行ステップ1の期間中であって当該アルゴンガス2の流量または速度とが条件Bのものに等しくされるまでの時間が含むことが可能な時刻に開始され、処理ステップA及び移行ステップ1の期間中は捨て第2のガスライン24におけるアルゴンガス2の流量または速度が条件Bのものに維持される。 Further, the ninth valve 123 is opened substantially at the same time as the opening of the first valve 101, and the condition B, which is the processing condition in the processing step B, in the mass flow controller 126 for the second transition step gas. Argon gas 2 (Ar2) adjusted to the same flow rate as the etching gas of the above is supplied to the second waste gas line 24 via the third gas supply line 120 and the fifth bypass line. The start of supply of the argon gas 1 to the first waste gas line 23 may include a time during the treatment step A until the flow rate or the speed of the argon gas 1 becomes equal to the condition A. Starting at a possible time, the flow rate or velocity of the argon gas 1 in the discarding first gas line 23 is maintained at that of condition A during the process step A. The start of supply of the argon gas 2 to the first waste gas line 24 is during the process step A or the transition step 1 until the flow rate or the speed of the argon gas 2 is equal to that of the condition B. The flow rate or speed of the argon gas 2 in the discarded second gas line 24 is maintained at the condition B during the period of the processing step A and the transition step 1.

すなわち、上記のアルゴンガス2の通流とともに、第1の捨てガスライン用圧力計131により第1の捨てガスライン23内の圧力が検知され、この検知の結果を示す信号が制御部に送信されて圧力が検出されて、検出結果に基いて制御部からの指令信号が可変コンダクタンスバルブ132に送信される。受信された指令信号に基づいた可変コンダクタンスバルブ132の動作より、第1の捨てガスライン23内のガス圧力がチャンバ導入ガスライン用圧力計106で検知され検出されたものと同じ値になるように調節される。同様に、第2の捨てガスライン用圧力計132により第2の捨てガスライン24内の圧力が検知され、制御部に送信されて圧力が検出され、制御部からの指令信号に基いて可変コンダクタンスバルブ142が駆動されることにより、第2の捨てガスライン24内の圧力がチャンバ導入ガスライン用圧力計106のものと同じ値になるように調節される。 That is, along with the flow of the argon gas 2 described above, the pressure in the first waste gas line 23 is detected by the pressure gauge 131 for the first waste gas line, and a signal indicating the result of this detection is transmitted to the control unit. The pressure is detected, and a command signal from the control unit is transmitted to the variable conductance valve 132 based on the detection result. From the operation of the variable conductance valve 132 based on the received command signal, the gas pressure in the first waste gas line 23 is set to the same value as that detected and detected by the pressure gauge 106 for the chamber introduction gas line. Be adjusted. Similarly, the pressure in the second waste gas line 24 is detected by the pressure gauge 132 for the second waste gas line, transmitted to the control unit to detect the pressure, and the variable conductance is based on the command signal from the control unit. By driving the valve 142, the pressure in the second waste gas line 24 is adjusted to be the same value as that of the pressure gauge 106 for the chamber introduction gas line.

この状態で、処理ステップAが実施され、図示しない終点判定器が検知した終点を示す信号が制御部に送信されて終点が判定され、処理ステップAが停止される。さらに、制御部からの指令信号に基いて移行ステップ1が開始される。 In this state, the processing step A is executed, a signal indicating the end point detected by the end point determination device (not shown) is transmitted to the control unit to determine the end point, and the processing step A is stopped. Further, the transition step 1 is started based on the command signal from the control unit.

図6に、移行ステップ1のガス切り替えユニット100内部のガス流れを示す。図6は、図1の実施例に係るプラズマ処理装置が実施する移行ステップ1におけるガスの流れを模式的に示す図である。 FIG. 6 shows the gas flow inside the gas switching unit 100 in the transition step 1. FIG. 6 is a diagram schematically showing a gas flow in the transition step 1 carried out by the plasma processing apparatus according to the embodiment of FIG.

移行ステップ1の開始に際して、制御部からの指令に基いて、エッチングガス供給ライン22上の第1のバルブ101が閉塞され、第2のバルブ102が開放されて、条件Aにされたガス供給ユニット16からのエッチングガスが第1のバイパスライン104を介して第1の捨てガスライン23に供給される。これと実質的に同時に並行して、第5のバルブ112が閉じられ、第4のバルブ111が開かれて、第1の移行ステップガス用マスフローコントローラー116により流量または速度が条件Aのエッチングガスのものと同値または実質的にこれと見做せる同等の値となるように調節されたアルゴンガス1が第2のガス供給ライン110とこれに接続されたチャンバ導入ガスライン25を通して処理室4に供給される。 At the start of the transition step 1, the first valve 101 on the etching gas supply line 22 is closed, the second valve 102 is opened, and the gas supply unit is set to the condition A based on the command from the control unit. The etching gas from 16 is supplied to the first waste gas line 23 via the first bypass line 104. Substantially in parallel with this, the fifth valve 112 is closed, the fourth valve 111 is opened, and the mass flow controller 116 for the first transition step gas allows the flow rate or velocity of the etching gas of condition A. Argon gas 1 adjusted to have the same value or substantially the same value as that of the gas is supplied to the processing chamber 4 through the second gas supply line 110 and the chamber introduction gas line 25 connected to the second gas supply line 110. Will be done.

このような状態が移行ステップ1の間維持されて、アルゴンガス1が第2のガス供給ライン110を通して処理室4に供給される。また、処理ステップ1の間において、第2の捨てガスラインの圧力計141の検知の結果が送信された制御部からの指令信号に基いて可変コンダクタンスバルブ142の動作が調節され、第二の捨てガスライン24の圧力が、第1のガス供給ライン用圧力計106が検知し検出されたものと同値または同等になるように調節される。移行ステップ2が開始されて予め定められた期間が経過したことが制御部により検出または判定されると、当該制御部からの指令信号に基づいて移行ステップ1が停止され移行ステップ2が開始される。 Such a state is maintained during the transition step 1 and the argon gas 1 is supplied to the processing chamber 4 through the second gas supply line 110. Further, during the processing step 1, the operation of the variable conductance valve 142 is adjusted based on the command signal from the control unit to which the detection result of the pressure gauge 141 of the second waste gas line is transmitted, and the second waste gas line is discarded. The pressure of the gas line 24 is adjusted to be equal to or equal to that detected and detected by the pressure gauge 106 for the first gas supply line. When the control unit detects or determines that the transition step 2 has been started and a predetermined period has elapsed, the transition step 1 is stopped and the transition step 2 is started based on the command signal from the control unit. ..

図7に、移行ステップ2のガス切り替えユニット100内部のガス流れを示す。図7は、図1の実施例に係るプラズマ処理装置が実施する移行ステップ2におけるガスの流れを模式的に示す図である。 FIG. 7 shows the gas flow inside the gas switching unit 100 in the transition step 2. FIG. 7 is a diagram schematically showing a gas flow in the transition step 2 carried out by the plasma processing apparatus according to the embodiment of FIG.

本図において、移行ステップ2の開始に際して、制御部からの指令信号に基づいて、第4のバルブ111が閉塞され第6のバルブ113が開放されて、第1の移行ステップガス用マスフローコントローラー116を通して条件Aのエッチングガスと同じ値になるように流量、速度が調節されたアルゴンガス1が第2のガス供給ライン110と第4バイパスライン115とを介して第2の捨てガスライン24へ供給される。この際、制御部からの指令信号に基いて、可変コンダクタンスバルブ142の動作が調節され、第2の捨てガスライン24内の圧力はチャンバ導入ガスライン用圧力計106の検知結果から検出されたチャンバ導入ガスライン25のものと同値または実質的に同値になるように調節される。 In this figure, at the start of the transition step 2, the fourth valve 111 is closed and the sixth valve 113 is opened based on the command signal from the control unit, and the mass flow controller 116 for the first transition step gas is opened. Argon gas 1 whose flow rate and velocity are adjusted so as to have the same values as the etching gas of condition A is supplied to the second waste gas line 24 via the second gas supply line 110 and the fourth bypass line 115. To. At this time, the operation of the variable conductance valve 142 is adjusted based on the command signal from the control unit, and the pressure in the second waste gas line 24 is the chamber detected from the detection result of the pressure gauge 106 for the chamber introduction gas line. The value is adjusted to be the same as or substantially the same as that of the introduced gas line 25.

また、上記と同時刻または実質的に同時に並行して、第9のバルブ123が閉塞され第7のバルブ121が開放されて、第2の移行ステップガス用マスフローコントローラー126により処理ステップBにおける処理の条件である条件Bのエッチングガスの流量、速度と同値または実質的に同等になるようその流量、速度が調節されたアルゴンガス2(Ar2)が第2のガス供給ライン120とこれに接続されたチャンバ導入ガスライン25を介して処理室4に供給される。この際、第2の捨てガスライン24内の圧力は、第2の捨てガスライン用圧力計141からの検知結果を示す信号から制御部で検出された結果に応じた制御部からの指令信号に基いて、可変コンダクタンスバルブ142の動作が調節され、チャンバ導入ガスライン25内のものと同値または同等になるように調節される。 Further, at the same time as above or substantially in parallel with the above, the ninth valve 123 is closed and the seventh valve 121 is opened, and the process in the process step B is performed by the mass flow controller 126 for the second transition step gas. The argon gas 2 (Ar2) whose flow rate and velocity were adjusted so as to be equal to or substantially the same as the flow rate and velocity of the etching gas under the condition B was connected to the second gas supply line 120. It is supplied to the processing chamber 4 via the chamber introduction gas line 25. At this time, the pressure in the second waste gas line 24 is changed from a signal indicating the detection result from the pressure gauge 141 for the second waste gas line to a command signal from the control unit according to the result detected by the control unit. Based on this, the operation of the variable conductance valve 142 is adjusted to be equal to or equivalent to that in the chamber introduction gas line 25.

また、移行ステップ2の開始または終了までの間に、制御部からの指令に基いて、ガス供給ユニット16から供給されるエッチングガスは、その流量あるいはその速度等の値は、条件Aから条件Bのものとなるように調節され変更される。この際、ガス供給ユニット16からのエッチングガスは、移行ステップ1と同じく第1の捨てガスライン23に供給されている。さらに、図4に示すように、移行ステップ1において、処理ステップAの条件の値にされていた処理室圧力、マイクロ波電力は、移行ステップ2の開始時刻から終了時刻の間の期間に、処理ステップBのものに変更される。 Further, during the start or end of the transition step 2, the etching gas supplied from the gas supply unit 16 based on the command from the control unit has its flow rate or its speed and other values determined from condition A to condition B. It is adjusted and changed to be the one. At this time, the etching gas from the gas supply unit 16 is supplied to the first waste gas line 23 as in the transition step 1. Further, as shown in FIG. 4, in the transition step 1, the processing chamber pressure and the microwave power, which have been set to the values of the conditions of the processing step A, are processed during the period between the start time and the end time of the transition step 2. It is changed to that of step B.

図8に処理ステップBのガス切り替えユニット100内部のガス流れを示す。図8は、図1の実施例に係るプラズマ処理装置が実施する処理ステップBにおけるガスの流れを模式的に示す図である。移行ステップ2が開始されて所定の時間が経過したことが制御部により検出あるいは判定されると、制御部からの指令信号がプラズマ処理装置の各部に発信されて移行ステップ2が停止されて処理ステップBが開始される。 FIG. 8 shows the gas flow inside the gas switching unit 100 in the processing step B. FIG. 8 is a diagram schematically showing a gas flow in the processing step B carried out by the plasma processing apparatus according to the embodiment of FIG. When the control unit detects or determines that the transition step 2 has been started and a predetermined time has elapsed, a command signal from the control unit is transmitted to each unit of the plasma processing apparatus, the transition step 2 is stopped, and the processing step is stopped. B is started.

本図において、処理ステップBの開始に際して、制御部からの指令信号に基いて、第1のガス供給ライン22上の第2のバルブ102が閉じられ第1のバルブ101が開かれて、ガス供給ユニット16から条件Bの流量、あるいは速度の値と同等のものに調節されたエッチングガスがチャンバ導入ガスライン25を介して処理室4に供給される。また、これと同時刻または実質的に同時に並行して、第7のバルブ121が閉じられ第8のバルブ122が開かれて、第2の移行ステップガス用マスフローコントローラー126により処理ステップBの次の処理ステップCの処理の条件である条件Cにおいて用いられるエッチングガスの流量、速度と同値または実質的に同等の流量、速度になるように調節されたアルゴンガス2が第3のガス供給ライン120と第4バイパスライン124とを介して、第1の捨てガスライン23へ供給される。 In this figure, at the start of the processing step B, the second valve 102 on the first gas supply line 22 is closed and the first valve 101 is opened based on the command signal from the control unit to supply gas. Etching gas adjusted from the unit 16 to a value equivalent to the flow rate or velocity value of the condition B is supplied to the processing chamber 4 via the chamber introduction gas line 25. Further, at the same time or substantially in parallel with this, the seventh valve 121 is closed and the eighth valve 122 is opened, and the mass flow controller 126 for the second transition step gas next to the processing step B. The argon gas 2 adjusted to have the same or substantially the same flow rate and speed as the flow rate and speed of the etching gas used in the condition C, which is the treatment condition of the treatment step C, is the third gas supply line 120. It is supplied to the first waste gas line 23 via the fourth bypass line 124.

さらに、処理ステップBの間において、アルゴンガス1が処理ステップBのものと同値または同等になるように流量または速度が調節されて供給される第2の捨てガスライン24内の圧力は、第2の捨てガスライン用圧力計141の検知結果を用いて検出された値に応じた制御部からの指令信号に基いて可変コンダクタンスバルブ142の動作が調節されて、チャンバ導入ガスライン用圧力計106と同じ値になるように調節される。また、マイクロ波電力、ウエハバイアス電力等の他の処理の条件は条件Bのものとなるように制御部からの指令信号に基づいて調節されて、処理室4内にプラズマが形成され処理ステップBのエッチング処理が、終点判定器の検知結果から処理の終点への到達が制御部で検出されるまで実施される。 Further, during the treatment step B, the pressure in the second waste gas line 24 to be supplied with the flow rate or speed adjusted so that the argon gas 1 is equal to or equal to that of the treatment step B is the second pressure. The operation of the variable conductance valve 142 is adjusted based on the command signal from the control unit according to the value detected using the detection result of the waste gas line pressure gauge 141, and the chamber introduction gas line pressure gauge 106 and Adjusted to the same value. Further, other processing conditions such as microwave power and wafer bias power are adjusted based on a command signal from the control unit so as to be those of condition B, plasma is formed in the processing chamber 4, and processing step B Etching process is carried out from the detection result of the end point determination device until the arrival at the end point of the process is detected by the control unit.

処理ステップBの後に処理ステップC及びこれへの移行ステップがある場合には、上記と同等に、前の処理ステップと条件が同等となるように調節され希ガスが供給される移行ステップ1と後の処理ステップと条件が同等となるように調節され希ガスが導入される移行ステップ2を挟んで、必要な限り処理ステップが実施される。 If there is a treatment step C and a transition step to the treatment step B after the treatment step B, the transition step 1 and the subsequent transition step 1 in which the conditions are adjusted to be equivalent to those of the previous treatment step and the noble gas is supplied are the same as above. The treatment step is carried out as long as necessary, with the transition step 2 in which the noble gas is introduced and the conditions are adjusted to be equivalent to those of the treatment step.

上記の構成を備えたプラズマ処理装置によって、処理の条件を異ならせた複数の処理ステップが実施されるウエハ11の処理において、処理の条件が変更されて安定するまでの時間が低減され、処理のスループットが向上する。さらには、上記変更の指令信号が受信されて変更が開始されてから実際の条件の値の変更が終了する、あるいはその値が変動の所定の許容範囲内の大きさになる、所謂過渡応答の時間における各条件の当該過渡応答のプロファイルの再現性が向上し、このような過渡応答の機差が低減され、処理の歩留まりが向上する。 In the processing of the wafer 11 in which a plurality of processing steps with different processing conditions are carried out by the plasma processing apparatus having the above configuration, the time until the processing conditions are changed and stabilized is reduced, and the processing is performed. Throughput is improved. Further, a so-called transient response in which the change of the value of the actual condition is completed after the command signal of the above change is received and the change is started, or the value becomes a magnitude within a predetermined allowable range of fluctuation. The reproducibility of the profile of the transient response of each condition in time is improved, the difference in such transient response is reduced, and the processing yield is improved.

なお、上記の実施例において、排気ライン21内の圧力は、これに一方の端部が接続される第1、第2の捨てガスライン23,24内部の圧力、すなわちチャンバ導入ガスライン25内の圧力と比べて著しく小さくされ、且つ排気の流量や速度は処理室4内の圧力を条件A,Bに維持可能にされている。このため、第1、第二の捨てガスライン23,24からのガスが所定の流量、速度で流入されたとしても、これらのガスライン内部の圧力や流量、速度に大きな変動を生起することは抑制される。 In the above embodiment, the pressure in the exhaust line 21 is the pressure inside the first and second waste gas lines 23 and 24 to which one end is connected to the exhaust line 21, that is, in the chamber introduction gas line 25. It is significantly smaller than the pressure, and the flow rate and speed of the exhaust gas can maintain the pressure in the processing chamber 4 under the conditions A and B. Therefore, even if the gas from the first and second waste gas lines 23 and 24 flows in at a predetermined flow rate and speed, the pressure, flow rate, and speed inside these gas lines may fluctuate greatly. It is suppressed.

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、図6,7で説明した上記の移行ステップ1,2においては、処理室4内にアルゴンガス1及び2を用いてプラズマが形成され、ウエハバイアス電力は停止され、ウエハ11の処理の進行が抑制されている。一方、移行ステップ1,2においてはプラズマが消火されて処理が停止されても良く、マイクロ波電力はその設定値のみが変更されて導波管6を通して処理室4内に導入されていなくても良い。 The present invention is not limited to the above-described examples, and includes various modifications. For example, in the transition steps 1 and 2 described with reference to FIGS. 6 and 7, plasma is formed in the processing chamber 4 using argon gases 1 and 2, the wafer bias power is stopped, and the processing of the wafer 11 proceeds. Is suppressed. On the other hand, in the transition steps 1 and 2, the plasma may be extinguished and the processing may be stopped, and the microwave power may not be introduced into the processing chamber 4 through the waveguide 6 by changing only the set value. good.

また、上記の実施例では、エッチングガス供給ライン22、第2のガス供給ライン110及び第2のガス供給ライン120と、チャンバガス導入ライン25、第1の捨てガスライン23及び第2の捨てガスライン24との間の各々には、2つのバイパスラインと3つのバルブとが配置され、各々が制御部からの指令信号に応じて、各ラインの開放と気密の閉塞とが行われて、チャンバガス導入ライン25と各供給ラインとの連通と各供給ラインと各捨てガスラインとの連通が切り替えられる構成が備えられている。これらの3つのバルブをより少ない数のバルブ、例えば4方弁等が用いられていても良い。この場合、エッチングガス供給ライン22、第2のガス供給ライン110及び第2のガス供給ライン120の少なくとも何れか1つは、このような弁に加えて各供給ラインとチャンバガス供給ライン25との間に3つの供給ラインの各々のガス通流の開放と気密の閉塞とを行うバルブが備えられていても良い。 Further, in the above embodiment, the etching gas supply line 22, the second gas supply line 110 and the second gas supply line 120, the chamber gas introduction line 25, the first waste gas line 23 and the second waste gas Two bypass lines and three valves are arranged in each of the lines 24 and the chamber, and each line is opened and airtightly closed in response to a command signal from the control unit. A configuration is provided in which the communication between the gas introduction line 25 and each supply line and the communication between each supply line and each waste gas line can be switched. A smaller number of these three valves, such as a four-way valve, may be used. In this case, at least one of the etching gas supply line 22, the second gas supply line 110, and the second gas supply line 120 is provided with each supply line and the chamber gas supply line 25 in addition to such a valve. A valve may be provided between the three supply lines to open the gas flow and close the airtightness.

さらに、処理ステップAと処理ステップBとでは用いるエッチングガスは、用いられる物質の種類、組成が異なるものが用いられてもよく、同じ種類及び組成で流量または速度が異なる条件であっても、種類、組成の一方のみが異なるものであっても良い。また、用いる希ガスの種類は、移行ステップ1,2で異なるものであっても良い。上記した実施例は本発明を分りやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。 Further, as the etching gas used in the treatment step A and the treatment step B, those having different types and compositions of substances used may be used, and even if the same type and composition but different flow rates or velocities are used, the types may be different. , Only one of the compositions may be different. Further, the type of rare gas used may be different in the transition steps 1 and 2. The above-described embodiment has been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to the one including all the described configurations.

1…真空容器
2…シャワープレート
3…誘電体窓
4…処理室
5…真空排気口
6…導波管
7…空洞共振器
8…電磁波発生用電源
9…磁場発生コイル
10…試料台
11…ウエハ
12…マッチング回路
13…高周波電源
14…フィルター
15…静電吸着用直流電源
16…ガス供給ユニット
17…圧力計
18…可変コンダクタンスバルブ
19…ドライポンプ
20…ターボ分子ポンプ
21…排気ライン
22…エッチングガス供給ライン
23…第1の捨てガスライン
24…第2の捨てガスライン
25…チャンバ導入ガスライン
26…インピーダンスコントローラー
27…第1のマッチング用可変素子
28…第2のマッチング用可変素子
29…インピーダンス外部指示器
100…ガス切り替えユニット
101…第1のバルブ
102…第2のバルブ
103…第3のバルブ
104…第1のバイパスライン
105…第2のバイパスライン
106…チャンバ導入ガスライン用圧力計
110…第2のガス供給ライン
111…第4のバルブ
112…第5のバルブ
113…第6のバルブ
114…第3のバイパスライン
115…第4のバイパスライン
116…第1の移行ステップガス用マスフローコントローラー
120…第3のガス供給ライン
121…第7のバルブ
122…第8のバルブ
123…第9のバルブ
124…第5のバイパスライン
125…第6のバイパスライン
126…第2の移行ステップガス用マスフローコントローラー
131…第1の捨てガスライン用圧力計
132…可変コンダクタンスバルブ
141…第2の捨てガスライン用圧力計
142…可変コンダクタンスバルブ
1 ... Vacuum container 2 ... Shower plate 3 ... Dielectric window 4 ... Processing chamber 5 ... Vacuum exhaust port 6 ... GmbH tube 7 ... Cavity resonator 8 ... Power supply for electromagnetic wave generation 9 ... Magnetic field generation coil 10 ... Sample stand 11 ... Wafer 12 ... Matching circuit 13 ... High frequency power supply 14 ... Filter 15 ... DC power supply for electrostatic adsorption 16 ... Gas supply unit 17 ... Pressure gauge 18 ... Variable conductance valve 19 ... Dry pump 20 ... Turbo molecular pump 21 ... Exhaust line 22 ... Etching gas Supply line 23 ... 1st waste gas line 24 ... 2nd waste gas line 25 ... Chamber introduction gas line 26 ... Impedance controller 27 ... 1st matching variable element 28 ... 2nd matching variable element 29 ... External impedance Indicator 100 ... Gas switching unit 101 ... First valve 102 ... Second valve 103 ... Third valve 104 ... First bypass line 105 ... Second bypass line 106 ... Chamber introduction gas line pressure gauge 110 ... 2nd gas supply line 111 ... 4th valve 112 ... 5th valve 113 ... 6th valve 114 ... 3rd bypass line 115 ... 4th bypass line 116 ... 1st transition step Gas mass flow controller 120 ... 3rd gas supply line 121 ... 7th valve 122 ... 8th valve 123 ... 9th valve 124 ... 5th bypass line
125 ... 6th bypass line 126 ... 2nd transition step Gas mass flow controller 131 ... 1st waste gas line pressure gauge 132 ... Variable conductance valve 141 ... 2nd waste gas line pressure gauge 142 ... Variable conductance valve

Claims (5)

真空容器内部に配置された処理室と、この処理室内に所定の流量の処理用ガスを供給するガス供給ユニットと、前記処理室内に配置されその上面に処理対象のウエハが載置される試料台とを備え、各々異なる条件で供給された前記処理用ガスを用いて処理室内にプラズマを形成する複数の処理ステップを含む工程で前記ウエハを処理するプラズマ処理装置であって、
前記工程が、前記前後の2つの処理ステップの間において前記処理室内に希ガスが供給される移行ステップであって、前記希ガスがその圧力を前記前の処理ステップで用いられる前記処理用ガスの条件と等しくなるように調節されて供給される当該第1の移行ステップと、当該第1の移行ステップの後に前記希ガスがその圧力と流量とを前記後の処理ステップで用いられる前記処理用ガスの条件と等しくなるように調節されて供給される第2の移行ステップとを含む移行ステップを備え
前記ガス供給ユニットは、前記真空容器と連結されたガス導入ラインと、このガス導入ラインと連通された前記複数の処理ステップにおいて用いられる前記処理用ガスを供給する第1のガス供給ライン及び前記第1及び第2の移行ステップ各々で用いられる前記希ガスが供給される第2及び第3のガス用供給ラインと、第1、第2、第3のガス供給ラインの各々に接続され且つ排気ポンプと連通された第1及び第2の捨てガスラインと、これら第1、第2、第3のガス供給ラインと前記ガス導入ライン及び第1及び第2の捨てガスラインの各々との間の連通を開閉する少なくとも1つのバルブと、前記工程の2つの処理ステップとこれらの間の第1及び第2の移行ステップに応じて前記バルブを切り替える制御部とを備えたプラズマ処理装置。
A processing chamber arranged inside the vacuum vessel, a gas supply unit that supplies a predetermined flow rate of processing gas into the processing chamber, and a sample table arranged in the processing chamber and on which a wafer to be processed is placed. A plasma processing apparatus that processes the wafer in a step including a plurality of processing steps for forming plasma in a processing chamber using the processing gas supplied under different conditions.
The step is a transition step in which a noble gas is supplied into the treatment chamber between the two treatment steps before and after the rare gas, and the pressure of the rare gas is applied to the treatment gas used in the previous treatment step. The processing gas used in the subsequent processing step for the first transition step, which is adjusted and supplied so as to be equal to the conditions, and the pressure and flow rate of the noble gas after the first transition step. comprising a transition step and a second transition step is adjusted to be equal to the conditions in the supply,
The gas supply unit includes a gas introduction line connected to the vacuum vessel, a first gas supply line for supplying the processing gas used in the plurality of processing steps communicated with the gas introduction line, and the first gas supply line. An exhaust pump connected to each of the second and third gas supply lines and the first, second and third gas supply lines to which the rare gas used in each of the first and second transition steps is supplied. Communication between the first and second waste gas lines, the first, second, and third gas supply lines, the gas introduction line, and each of the first and second waste gas lines. A plasma processing apparatus including at least one valve that opens and closes the gas, and a control unit that switches the valve according to the two processing steps of the step and the first and second transition steps between them.
請求項1に記載のプラズマ処理装置であって、
前記制御部は、前記前の処理ステップの間に前記希ガスが前記第1の移行ステップにおいて用いられる条件で前記第1の捨てガスラインに供給され、前記第1の移行ステップの間に前記希ガスが前記2の移行ステップにおいて用いられる条件で前記第2の捨てガスラインに供給されるように前記バルブの動作を調節するプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 1.
The control unit supplies the rare gas to the first waste gas line during the previous processing step under the conditions used in the first transition step, and the rare gas during the first transition step. A plasma processing apparatus that adjusts the operation of the valve so that the gas is supplied to the second waste gas line under the conditions used in the second transition step.
請求項1または2に記載のプラズマ処理装置であって、
前記第1、第2の捨てガスラインの各々の上に配置され内部を通流するガスの圧力を調節する第1及び第2の調節バルブを備えたプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 1 or 2.
A plasma processing apparatus provided above each of the first and second waste gas lines and provided with first and second adjusting valves for adjusting the pressure of gas flowing through the inside.
真空容器内部に配置された処理室内に所定の流量の処理用ガスをガス供給ユニットを通して供給して、前記処理室内に配置された試料台の上面に載置された処理対象のウエハを、各々異なる条件で供給された前記処理用ガスを用いて処理室内にプラズマを形成して処理する複数の処理ステップを含む工程により前記ウエハを処理するプラズマ処理方法であって、 A predetermined flow rate of processing gas is supplied to the processing chamber arranged inside the vacuum vessel through the gas supply unit, and the wafers to be processed placed on the upper surface of the sample table arranged in the processing chamber are different from each other. A plasma processing method for processing a wafer by a step including a plurality of processing steps of forming and processing plasma in a processing chamber using the processing gas supplied under the conditions.
前記工程が、前記前後の2つの処理ステップの間において前記処理室内に希ガスが供給される移行ステップであって、前記希ガスがその圧力を前記前の処理ステップで用いられる前記処理用ガスの条件と等しくなるように調節されて供給される当該第1の移行ステップと、当該第1の移行ステップの後に前記希ガスがその圧力と流量とを前記後の処理ステップで用いられる前記処理用ガスの条件と等しくなるように調節されて供給される第2の移行ステップとを含む移行ステップを備え、 The step is a transition step in which a noble gas is supplied into the treatment chamber between the two treatment steps before and after the rare gas, and the pressure of the rare gas is applied to the treatment gas used in the previous treatment step. The processing gas used in the subsequent processing step for the first transition step, which is adjusted and supplied so as to be equal to the conditions, and the pressure and flow rate of the noble gas after the first transition step. A transition step including a second transition step that is adjusted and supplied to be equal to the conditions of
前記ガス供給ユニットは、前記真空容器と連結されたガス導入ラインと、このガス導入ラインと連通された前記複数の処理ステップにおいて用いられる前記処理用ガスを供給する第1のガス供給ライン及び前記第1及び第2の移行ステップ各々で用いられる前記希ガスが供給される第2及び第3のガス用供給ラインと、第1、第2、第3のガス供給ラインの各々に接続され且つ排気ポンプと連通された第1及び第2の捨てガスラインと、これら第1、第2、第3のガス供給ラインと前記ガス導入ライン及び第1及び第2の捨てガスラインの各々との間の連通を開閉する少なくとも1つのバルブとを備え、 The gas supply unit includes a gas introduction line connected to the vacuum vessel, a first gas supply line for supplying the processing gas used in the plurality of processing steps communicated with the gas introduction line, and the first gas supply line. An exhaust pump connected to each of the second and third gas supply lines and the first, second and third gas supply lines to which the rare gas used in each of the first and second transition steps is supplied. Communication between the first and second waste gas lines, the first, second, and third gas supply lines, the gas introduction line, and each of the first and second waste gas lines. Equipped with at least one valve that opens and closes
前記工程の2つの処理ステップとこれらの間の第1及び第2の移行ステップに応じて前記バルブが切り替えられて前記ウエハを処理するプラズマ処理方法。 A plasma processing method for processing the wafer by switching the valve according to the two processing steps of the step and the first and second transition steps between them.
請求項4に記載のプラズマ処理方法であって、
前記前の処理ステップの間に前記希ガスが前記第1の移行ステップにおいて用いられる条件で前記第1の捨てガスラインに供給され、前記第1の移行ステップの間に前記希ガスが前記2の移行ステップにおいて用いられる条件で前記第2の捨てガスラインに供給されるプラズマ処理方法。
The plasma processing method according to claim 4.
During the previous treatment step, the noble gas is supplied to the first waste gas line under the conditions used in the first transition step, and during the first transition step, the noble gas is the second. A plasma treatment method supplied to the second waste gas line under the conditions used in the transition step.
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